桥梁工程EEBridge Engineering
基于预制桥墩拼装工法的新型预应力锚固体系 开发与应用
苏强，吴东明
（柳州欧维姆机械股份有限公司，广西柳州
545006）
摘 要：
当前我国对预制桥墩拼装工法应用越来越多，通过分析该工法中各种常用竖向预应力锚固体系的优缺点，提出
了一种具有自锁功能的新型预应力锚固体系。主要从该新型预应力锚固体系的研究背景、结构设计、
试验研究
、
施工工艺
和工程应用等方面进行了阐述。研究结果表明，该新型预应力锚固体系锚固性能可靠、施工工艺简单、质量易保证、成本
较低，能很好满足预制构件竖向拼装的需要
，
值得在类似工程中推广应用
关键词：预制桥墩；拼装工法；预应力
；锚固体系；自锁锚固
中图分类号：
U 443.22 文献标志码：B 文章编号:1009-7767（
2019）
02-0063-04
Development and Application of a New Type of Prestressed
Anchorage
System Based on Assembled Bridge Piers
Su Qiang, Wu Dongming
1研究背景
随着我国城市化建设的逐步推进，城市高架桥、轻 轨的施工项目越来越多，在这些基础设施建设中，
预制
拼装将成为最主要的施工方法，
其中就包括预制箱梁
的上部结构拼装以及预制立柱、预制盖梁、预制基台等 下部结构的拼装。为满足承载需求，在很多情况下这些
桥梁下部结构都设计有竖向的预应力锚固体系。国内
外学者针对桥墩预制拼装中预应力锚固体系进行了 较多研究，王震等⑴指出了当前桥墩预制拼装存在的
问题和未来的发展方向，并提出了预应力筋能提供更
好的自复位能力，还可使桥墩震后残余变形减少等结
论；王志强等
0介绍了拼装桥墩的应用、
接缝分类及其
力学性能、试验研究和理论研究几方面的情况。布占宇
等⑴介绍了无黏结预应力耗能钢筋预制节段拼装桥墩 抗震性能研究，分析了预应力度、轴压比、普通钢筋和 预应力筋配筋率等参数对桥梁墩柱抗震性能的影响。
目前国内外预制桥墩中的预应力锚固体系常用 以下几种：1）
二次灌浆预应力锚固体系。其主要特点是在固
定端采用二次灌浆锚具，张拉端采用常规夹片式锚具。
施工时在现浇的承台内预埋锚垫板和波纹管，钢绞线 不预埋。当立柱和承台拼装后再从上往下穿入端部带
有挤压头的钢绞线，
钢绞线穿入后在底部先进行第
1次
灌浆把钢绞线粘结锚固住，待固定端中的浆体强度达
到要求后在立柱顶端进行张拉锚固，最后进行第2次
灌浆，
直至注满整个孔道，该施工工艺类似于参考文献
[4-5]中所述的一种类似地锚的锚索。二次灌浆预应力 锚固体系主要缺点是索体结构较复杂，穿索后需二次 灌浆，且二次灌浆工艺不好控制
。
二次灌浆预应力锚
固体系见图lo
图1二次灌浆预应力锚固体系示意图
2）U
形预应力锚固体系。其主要特点是在预制的
构件中预埋锚下构件和管道，其中
U形部分位于承台
内，2个竖直管道和锚下构件预埋于立柱内。当立柱和
2019年第2凤（3肿第
37卷彳貳枝术
63!：桥梁工程
Bridge Engineering
承台拼装后再穿入钢绞线，穿入后在两端进行张拉锚 固，最后从下往上灌浆。
U形预应力锚固体系主要缺点
是穿钢绞线困难，特别是当U形部分的弯曲半径R较
小或立柱较高时穿索更为困难，且需两端张拉锚固。
U形预应力锚固体系见图2。
3）钢棒预应力锚固体系。其主要特点是采用高强 钢棒作为预应力筋。我国对于桥墩的预制装配技术的
应用主要集中在跨海或跨江大桥中，如杭州湾大桥、东
海大桥、长江大桥、金塘大桥、
港珠澳大桥等特大桥，其
中港珠澳大桥的桥墩设计了钢棒预应力锚固体系。钢 棒预应力锚固体系主要缺点是钢棒须预埋和分段接 长、
锚固
，相对钢绞线来说钢棒强度较低且成本高
。
鉴于目前的预制桥墩中竖向预应力锚固体系结 构复杂，施工工艺繁锁，周期长，成本高，为满足桥墩
预制拼装施工工艺的要求，迫切需要开发一种质量易 保证、结构简单（只包括张拉端锚具、固定端锚具
、索
体和孔道，
无连接器）、
施工方便快捷（预应力筋无需
预埋，预应力筋穿束、张拉锚固方便，无需二次灌浆）
、
成本较低的新型预应力锚固体系。
2新型预应力锚固体系结构设计
经研究开发出一种新型预应力锚固体系，由张拉
端锚具、固定端锚具、锚索及预埋管或预留孔道组成，
不再设置中间连接器，新型预应力锚固体系见图
3。张
拉端锚具设于立柱上端，其结构与常规张拉端锚具相
同，由夹片、锚板、锚垫板及螺旋筋组成。固定端锚具设 于承台内，其结构与常规固定端锚具不同，
除锚垫板、
螺旋筋外，还包括自锁结构、保护罩等，岀厂前组装成
一体，见图4。
锚索由钢绞线束、
锚固套、导向头等组
成，出厂前组装成一体
，
见图
5。
从结构上看，
该新型预应力锚固体系与常规锚固
图3新型预应力锚固体系 图
4固定端锚具结构图
体系不同之处在于前者设计了具有滑块复位结构的 固定端锚具和具有锥面导向的索体锚头。该结构能实
现对穿入索体的即时锚固（
自锁）：
当锚索头从上往下
穿人孔道到达固定端锚具时，导向头在索体自重的作
用下撑开滑块并使得整个锚固套进入到保护罩内，当 锚固套全部进入到保护罩内时，滑块自动复位
，形成
了滑块对锚头端面的支承锚固作用，即实现了固定端
锚具对锚索的即时锚固。即时锚固功能使得整个施工
流程方便快捷，不需要先预埋锚索、再固定端先灌浆
锚固及等待浆体强度达到要求才可以张拉钢绞线。
3新型预应力锚固体系试验研究
为验证新型预应力锚固体系的锚固性能和安装
64 彳曲技* 2019No.2(Mar.)
Vol.37桥梁工程::Bridge Engineering
工艺性能，进行了常规锚固体系模拟工程的工艺静载
试验研究，
试验参照
GB/T 14370—2007
（
预应力筋用
锚具、夹具和连接器》的要求进行。3. 1
试验步骤
1）
制作混凝土试件：
把除锚索外的固定端锚具
、
张拉端锚具预埋件和管道在模板中安装就位，浇筑混 凝土并养护到设计强度，混凝土试件见图
60
图6混凝土试件示意图
2） 锚索穿束：当混凝土强度达到设计强度后，把
锚索（
含导向头、锚固套、钢绞线束）从张拉端穿进混
凝土试件的预埋管内，直至导向头和锚固套穿过固定
端锚具的自锁结构进入保护罩内，锚索穿束见图7。3） 静载试验:待锚索穿入后,张拉端依次安装垫板、测力传感器、千斤顶、工作锚具。按规范要求进行静载试 验,静载试验见图8。试验后拉出锚索，检查失效情况。3.2试验结果静载试验研究表明，锚具安装方便,锚索穿束顺利， 并能顺利实现自锁，锚具锚固性能可靠，各项指标达到 标准要求（锚具效率系数M0.95,总应变M2.0%）。静载 试验结果见表1。
表1静载试验结果
锚固体系 规格锚具效率系数
总应变/%试件破坏状态
第1组试验第2组试验第3组试验第1组试验第2组试验第3组试验第1组试验第2组试验第3组试验
ZSM15-70.992
0.9970.997
4.34.04.4
张拉端钢
绞线颈缩张拉端钢 绞线颈缩张拉端钢
绞线颈缩
ZSM15-150.9600.9600.9604.0
4.04.0
钢绞线未 拉断钢绞线未
拉断钢绞线未 拉断
ZSM15-190.9600.9600.9602.92.82.7钢绞线未拉断钢绞线未 拉断钢绞线未
拉断
4新型预应力锚固体系施工工艺设计
经研究该新型预应力锚固体系的主要施工流程 为：预埋件埋设-立柱和承台拼装-
索体穿束一＞
锚具
安装与张拉T灌浆与封锚。1）预埋件埋设把固定端锚具整体安装在承台中，预埋管插入锚 垫板止口并焊接密实，预埋管伸出承台端面；把进浆
管与锚固端锚垫板及保护罩连接，保证连接处牢固密
封，进浆管引出构件外，具体见图9。当其他钢筋全部
安装就位后浇筑混凝土。
把张拉端锚垫板、螺旋筋安装在设定位置（一般
为立柱顶面），
预埋管插入锚垫板止口并焊接密实，
立
柱下端预拼装槽口，
具体见图
10。当其他钢筋全部安
装就位后浇筑混凝土。
图9固定端锚具预埋示意图图10张拉端锚具预埋示意图
2）立柱和承台拼装预制立柱运至现场后，按要求把立柱和承台拼装,
2019年第2期
（
3彳）
第
37卷彳茲技*
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